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七位钙钛矿先驱获得兰克奖

2021/10/11 17:56:11      材料来源:化合物半导体

 

 

 

2022年光电子学兰克奖授予来自多个研究实验室的国际领先科学家

 

2022年是兰克奖成立50周年,该奖项自1972年以来一直在庆祝杰出的科学突破。兰克奖由英国实业家和慈善家J. Arthur Rank勋爵创立,每两年在光电子学和营养学领域颁发一次,这两个领域与Rank勋爵的商业利益相关。

2022 年兰克光电子学奖授予来自多个研究实验室的七位国际领先科学家,他们率先开发了基于钙钛矿半导体的新型太阳能电池技术,有望在未来的太阳能发电中发挥关键作用:获奖者分别是Michael Graetzel教授、Akihiro Kojima博士、Michael Lee博士、Tsutomu (Tom) Miyasaka 教授、Nam-Gyu Par教授、Sang Il Seok教授和Henry Snaith FRS教授。

为什么这些科学家的工作如此重要

利用太阳能发电对摆脱燃烧化石燃料作为能源的转变具有关键和紧迫的重要性,这是应对人为气候变化的需要。典型的商用太阳能电池基于硅(一种广泛使用的半导体元素)对太阳光的吸收。但是硅光伏电池没有达到理论上可能的最大效率。因此,研究人员和技术专家一直在紧急寻找更有效的替代品——特别是那种更便宜、更容易制造的替代品。

该奖项所表彰的科学家证明了所谓的钙钛矿半导体(尤其是有机-无机卤化铅钙钛矿半导体)作为固态光伏太阳能电池的活性层的早期潜力,并在后来与硅一起串联部署在电池中。他们凭借在化学、材料科学、物理学和工程学方面的集体专长,共同推动了这项新技术的发展。

钙钛矿电池的快速发展

钙钛矿半导体是层状材料,最初基于ABX3形式的化合物,其中A是有机分子离子,B是金属,X是几种卤化物(氯、溴或碘)之一。获奖者通过几次具有挑战性的迭代开发了这些材料,导致效率从初始值< 4%迅速提高,直到2021年,我们拥有了固态钙钛矿半导体太阳能电池,其工作效率为25.5%——与硅对应物的26.1%的效率相当。

这一快速发展激发了全球研究界的兴趣,并引起了工业界的极大关注。这种兴趣最初集中在混合结构上,即将钙钛矿太阳能电池与传统硅太阳能电池配对,以形成具有更高功率效率的串联结构。现在看来,钙钛矿太阳能电池将在未来太阳能发电中发挥重要作用。

兰克奖光电委员会主席Donal Bradley CBE FRS说:“兰克奖光电子学委员会很高兴表彰这些国际领先研究人员的杰出成就。他们的工作是对物理科学的基础性贡献迅速并成功转化为新技术的一个很好的例子,这些技术有望解决与气候变化相关的真正紧迫的社会挑战。尤其令人欣慰的是,我们能够在COP26联合国气候变化大会之前宣布这一表彰。”

Michael Graetzel是洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的教授,负责光子学和接口实验室。他于1971年在柏林技术大学获得博士学位。在美国圣母大学完成博士后培训后,他于1977年加入EPFL,担任教授。他率先研究了介观系统中的能量和电子转移反应,并利用这种反应从阳光中产生电力和燃料。他的染料敏化太阳能电池导致了钙钛矿太阳能电池的出现——这是近期光伏史上最激动人心的突破。斯坦福大学最近的一项排名将Graetzel置于全球各个领域的10万名领先科学家名单之首的位置。

Akihiro Kojima于2007年获得东京工艺大学光电工程工学硕士学位,2010年获得东京大学跨学科科学哲学博士学位。毕业后,他加入了Peccell Technologies, Inc.开始开发柔性光伏电池。2018年,他转入Zeon公司。2004年研究有机-无机层状钙钛矿化合物的光学性质,2005-2010年从事有机金属卤化物钙钛矿化合物作为可见光敏感剂应用于染料敏化太阳能电池的研究。

Michael Lee目前是《Science Robotics》的编辑,这是一份涵盖机器人技术最新进展的多学科研究期刊。在加入之前,他是《Nature Electronics》的联合创始编辑,在美国旧金山为该杂志服务。Mike在伦敦的《Nature Communications》开始了他的编辑生涯,时任应用物理和工程研究版块的助理编辑。在从事科学出版工作之前,迈克作为 Marie Skłodowska-Curie欧洲内部研究员在瑞士Paul Scherrer研究所进行研究,后来在牛津大学完成了博士培训。Mike在各种杂志和期刊(包括 《Science》和《Nature Communications》)上发表过研究报告,并且是国际专利的命名发明人。

Tsutomu (Tom) Miyasaka于1981年完成了东京大学的工程研究生的学习(工学博士)。他于2004年创立了Peccell Technologies Co., Ltd.并担任CEO。他目前是TUY的项目教授和东京大学先进科学技术研究中心的研究员。他的研究专长是光电化学和混合光伏电池,尤其是卤化物钙钛矿太阳能电池。他获得的奖项包括:日本化学会奖(2017 年)、PVSEC 滨川奖(2017 年)、Clarivate Analytics引文荣誉奖(2017 年)、日本应用物理学会成就奖(2019 年)和Ichimura学术奖(2020 年)。

Nam-Gyu Park(朴南圭)是韩国水原成均馆大学 (SKKU) 的化学工程教授。他于1995年获得首尔国立大学化学博士学位。在法国ICMCB-CNRS 和美国NREL的博士后经历以及韩国KIST和ETRI的专业经历之后,他于2009年加入SKKU担任全职教授。2012年,Park的团队率先报告了一种长期稳定的钙钛矿太阳能电池。这开辟了一个新的研究领域,即所谓的钙钛矿光伏技术。该团队一直致力于高效钙钛矿太阳能电池的材料和器件工程研究。他们正在开发高效率的钙钛矿太阳能电池,以及长期稳定的大面积加工技术,以实现商业化。

Sang Il Seok是韩国蔚山国立科学技术学院(UNIST)能源与化学工程系的特聘教授。他的研究主要集中在用于功能性无机-有机混合材料和能量收集器件。他的团队首次提出了一种无机-有机混合钙钛矿异质结太阳能电池,其运行方式与钙钛矿敏化太阳能电池完全不同,后者是目前高效钙钛矿太阳能电池的原型之一。他的团队设计的器件架构为钙钛矿太阳能电池的效率不断更新提供了基础,使其超越传统薄膜太阳能电池效率,达到了25%以上。他的团队保持着美国国家可再生能源实验室认证的最高效(25.5%)钙钛矿太阳能电池的世界纪录。

Henry Snaith FRS是一位致力于光伏太阳能转换新材料和器件的物理学家。他发现,一种新型太阳能电池材料——钙钛矿,当集成到一个简单的薄膜器件中时,可以生产出极其高效的太阳能电池,而且制造起来也非常容易和便宜。他承诺提供下一代改进的光伏技术,为世界实现净零排放提供动力。作为牛津光伏有限公司的联合创始人兼首席科学官,Henry密切参与了这项技术的商业化。牛津光伏公司正在建造基于他的钙钛矿技术的第一条全方位生产线。

 

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